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LaAlO3/KTaO3界面超導(dǎo)器件?朱原之?dāng)z

本報(bào)訊（記者崔雪芹）浙江大學(xué)物理學(xué)系研究員謝燕武、中國科學(xué)院物理研究所研究員孫繼榮和周毅等研究發(fā)現(xiàn)，可用電壓連續(xù)調(diào)控鋁酸鑭（LaAlO3）/鉭酸鉀（KTaO3）界面的導(dǎo)電性質(zhì)——隨著門電壓的變化，呈現(xiàn)了從超導(dǎo)到絕緣體的連續(xù)轉(zhuǎn)變。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還在這一界面觀測(cè)到可被連續(xù)調(diào)控的量子金屬態(tài)等許多新奇物理現(xiàn)象。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《科學(xué)》。

LaAlO3和KTaO3是兩種絕緣體，但當(dāng)它們組合在一起時(shí)，界面就能導(dǎo)電甚至出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。這種剛剛“問世”的界面超導(dǎo)引發(fā)了科學(xué)家強(qiáng)烈的興趣。

調(diào)控是實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究最重要的手段和內(nèi)容。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種全新的調(diào)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了LaAlO3/KTaO3導(dǎo)電性能的連續(xù)可調(diào)，器件隨電壓變化呈現(xiàn)了從超導(dǎo)到絕緣體的連續(xù)轉(zhuǎn)變。

謝燕武介紹，導(dǎo)電電子在低溫下兩兩配對(duì)，就會(huì)形成超導(dǎo)，目前已知的超導(dǎo)體系已經(jīng)非常多，但能被電場(chǎng)調(diào)控的鳳毛麟角?！拔覀兊恼{(diào)控方法本質(zhì)就是調(diào)控電子‘隊(duì)形’的空間分布，讓它們?cè)诟拷蚋h(yuǎn)離界面的地方運(yùn)動(dòng)。”大量的電子在氧化物界面附近運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到晶格缺陷（也稱為“無序”）的影響。

“就像開車時(shí)遇到障礙物?！敝x燕武說。這種“無序”越貼近界面則分布越密集，越遠(yuǎn)離界面則越稀疏?；谶@一認(rèn)識(shí)，研究團(tuán)隊(duì)提出了改變電子空間分布的思路，“如果有更多的電子靠近界面，那么整體來看，它們遇到的‘障礙物’就變多了，這會(huì)顯著影響電子以及配對(duì)后的超導(dǎo)庫珀對(duì)的運(yùn)動(dòng)行為。”

“從表面看，我們與傳統(tǒng)的方法用的都是門電壓調(diào)控，但背后的調(diào)控機(jī)制是全新的。”孫繼榮說，無論是半導(dǎo)體晶體管還是LaAlO3/SrTiO3，傳統(tǒng)方法都是通過改變電子濃度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)電性能的調(diào)控，這里需要有個(gè)前提：電子濃度低。新的調(diào)控仍然以類似于晶體管的方式工作，但本質(zhì)上打破了對(duì)于電子濃度的限制。

這一發(fā)現(xiàn)為人們探索低溫量子現(xiàn)象呈現(xiàn)了一個(gè)嶄新視野，也為超導(dǎo)器件的研發(fā)提供了新思路。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abb3848